Eletromagnetismo no Ensino Médio

Relato uma sequência de aulas envolvendo conceitos do Magnetismo, envolvendo bússolas, corrente elétrica gerando campo magnético e eletroímãs. Apresento os objetivos que tracei para as aulas e respostas dos alunos nas atividades que propus, permitindo um acompanhamentoda aprendizagem.

1ª Parte: Bússola

O que eu quero que meus alunos saibam sobre a bússola
- Para que serve uma bússola
- Como podemos utilizar uma bússola
- A agulha da bússola é um ímã
- Como podemos construir uma bússola
- Podemos conhecer os polos de um ímã com uma bússola
- Utilizar a bússola para perceber que existe um campo magnético numa determinada região do espaço.

Objetivo principal das aulas da bússola
Eu queria que os alunos percebessem que a agulha da bússola é um ímã.
A Terra tem um comportamento de um grande ímã, onde o polo norte geográfico é o polo sul magnético; o eixo de rotação da Terra não coincide com o eixo magnético. Nos imãs, os polos diferentes se atraem e iguais se repelem, propriedade semelhante ao da carga elétrica.

Comentário geral sobre as aulas
Poucos alunos levaram a bússola conforme combinado em aula anterior. Concluí que não foi uma atividade desafiadora, penso que eles acharam uma atividade muito simples e não se interessaram em fazer. Os alunos que apresentaram essa atividade, não realizaram com muito capricho, apresentando apenas uma agulha numa fina camada de rolha sobre a água que foi colocada em uma tampa ou algo parecido. Poucos levaram a representação dos pontos cardeais, penso que acharam que os pontos cardeais não seriam importantes para entender a bússola.

1ª aula
Objetivo: Motivação e levantamento das idéias dos alunos sobre a bússola
Pergunta feita aos alunos:
Vocês já viram uma bússola?
O que precisamos para construir uma bússola?
Por que a agulha da bússola fica numa determinada posição?
Qual é ponta da agulha que aponta para o norte?

Idéias dos alunos:
A bússola serve para orientar e indicar a direção norte
A agulha da bússola é um metal
Uma das pontas da agulha aponta para o norte ( mas não sabem justificar qual é e porque)
A Terra tem polo positivo e negativo que atrai os polos da agulha da bússola
A Terra tem vários ímãs
Os alunos citam os pontos cardeais quando falam da bússola, mas não sabem explicar bem essa relação
Os alunos pensam na estrutura da matéria do metal para dar explicação sobre o que acontece com a agulha da bússola
Os alunos lembram que já construíram a bússola, mas não lembram como fizeram.
Alguns dizem que para construir uma bússola devemos passar o imã na agulha e jogar na água.

Pergunta feita pelos alunos:
O magnetismo é igual ao eletromagnetismo?
A agulha pega magnetismo?
Todo metal pode se magnetizar?
Se colocarmos uma agulha no polo norte da Terra, qual a posição da agulha da bússola?

Perguntas feitas aos alunos para construção da bússola:
Como podemos fazer uma bússola?
Quais os materiais que podemos utilizar para construir uma bússola?
Podemos utilizar uma agulha para fazer uma bússola?
O que significa magnetizar uma agulha?
Quais os materiais que podemos magnetizar para construir uma bússola e por quê?

Atividade experimental: Construir uma bússola
Pesquisa para casa:
História da bússola
Magnetismo terrestre

2ª aula
Objetivo: Aula síntese sobre a bússola aproveitando a bússola construída e as idéias dos alunos
Pontos importantes discutidos na aula
Para atingir meu objetivo nesta aula pensei em fazer algumas perguntas para os alunos, de modo que pudéssemos juntos construir o conteúdo.

1- Como podemos saber qual é a ponta da agulha da bússola que aponta para o norte?
Para responder essa pergunta precisamos saber onde nasce o Sol, para descobrir onde está o norte e assim indicar a ponta da agulha que indica para o norte geográfico da Terra.
É interessante observar os alunos nesse momento de discussão. Eles ficam se questionando onde nasce o Sol e muitos sabem, mas não costumam fazer esse tipo de observação.
A partir da descoberta de onde nasce o Sol, fica fácil para o aluno perceber qual é o norte geográfico.

2- Porque a agulha da bússola aponta para o norte geográfico?
Alguns alunos lembram que a Terra se comporta como um grande ímã, mas se confundem quando pensam em qual polo da agulha que está sendo atraído pelo polo da Terra. É uma discussão interessante e motivadora que acontece com os alunos nesse momento. Lembram alguma coisa sobre este assunto, mas tem dificuldade para apresentar uma explicação sobre qual é o polo magnético da Terra que atrai a agulha da bússola, eles desconhecem que o eixo geográfico terrestre não coincide com o eixo magnético terrestre.
Nesta aula utilizamos as bússolas construídas pelos alunos para discutir sobre o comportamento da bússola e introduzir uma idéia sobre:
- polos diferentes se atraem e iguais se repelem
- A Terra se comporta como um grande ímã.

Pontos importantes que devem ser discutidos:
Se não tiver agulha para fazer a bússola podemos usar qualquer metal? Por quê?
O que significa magnetizar um material?

O que eu percebi que os alunos acreditam, mesmo depois de construir a bússola:
Os alunos acreditam que a ponta da agulha que indica o norte é o polo sul da agulha da bússola.
Apenas a “ponta magnetizada da agulha” é atraída pelo polo norte da Terra

Comentário da aula:
Poucos alunos levaram a bússola conforme combinado em aula anterior. Concluí que não foi uma atividade desafiadora, penso que eles acharam uma atividade muito simples e não se interessaram em fazer. Os alunos que apresentaram essa atividade, não realizaram com muito capricho, apresentando apenas uma agulha numa fina camada de rolha sobre a água
que foi colocada em uma tampa ou algo parecido. Poucos levaram a representação dos pontos cardeais, penso que acharam que os pontos cardeais não seriam importantes para entender sobre a bússola.

Algumas perguntas dos alunos antes das discussões feitas na aula:
Como o magnetismo da terra atrai o magnetismo da agulha?
Com a bússola podemos saber o norte, sul, leste e oeste? Como?
Como o sol ajuda a utilizar a bússola?

3ª aula
Objetivo: Síntese sobre o magnetismo terrestre relacionado com ímã
Comentário da aula:
Neste bimestre foram poucas aulas. Poucos alunos estavam presentes na aula e não apresentavam interesse em discutir a Física, muitos ouvindo música num volume alto. Em outros anos pedia para os alunos desligarem os aparelhos de maneira agressiva, mas sei que isso não adianta, muitas vezes piora muito mais a relação professor - aluno.
Comecei tentando fazer um apanhado dos assuntos discutidos na aula anterior, de modo que pudessem falar o que sabiam, já que muitos não estavam na aula anterior.

Já sei que o magnetismo é um assunto que atrai o aluno, principalmente quando falamos de ímã, mais ainda quando manipulamos com eles, era isso que eu gostaria de fazer, deixá-los manipular esses materiais.
Discutimos o comportamento da Terra como um ímã e a bússola, que serviu como ligação para trazer o ímã em discussão.

Consegui manter a atenção e participação dos alunos numa conversa informal, e emprestei os ímãs para observação, sem um roteiro pronto, mas tentei ficar atenta aos comentários dos poucos alunos.
Perceberam que existe a atração e repulsão entre polos. Alguns alunos falam polo norte e sul, outros insistem em falar polo positivo e negativo. A bússola também estava à disposição para ser utilizada por eles. Notaram o comportamento da agulha da bússola quando colocada próximo do ímã.
Minha idéia foi fazer uma demonstração utilizando o ímã, a bússola e a limalha de ferro para mostrar o campo magnético do ímã e as linhas de campo, isto foi visto num plano, tentei colocar o ímã num pequeno vidro e mostrar as linhas de campo em toda região próxima do ímã.

Pergunta do aluno:
Porque mais próximo do ímã tem mais limalha de ferro?

2ª Parte: Corrente gera campo magnético

Minha reflexão:
Com a intenção de discutir sobre a estrutura microscópica dos ímãs, pensei em perguntar aos alunos o que é magnetizar um material.
Estudando percebi que este assunto requer mais concentração e um tempo maior para entender sobre esse fenômeno, não me senti segura para discutir sobre esse assunto com os alunos, pois acredito que não teria o envolvimento dos alunos com a questão microscópica, já que tinha poucas aulas e eles são muito faltosos. Chegaria num resultado muito melhor envolvendo-os na questão macroscópica, e foi esse o caminho que decidi seguir encaminhando as discussões para a construção do eletroímã.

3ª Parte: Eletroímã

Objetivo da aula: Perceber que o eletroímã tem o comportamento de um ímã
Comentário da aula:
Os alunos se interessaram muito pelos experimentos da bússola e do eletroímã.
Nesta aula os alunos levaram o eletroímã e a bússola construídos por eles com o objetivo de utilizar suas próprias bússolas para identificar os polos norte e sul no eletroímã.
Perceberam que a pilha esquenta e “gasta muita energia” quando fecha o circuito. As alunas perceberam que quando o circuito é fechado a agulha da bússola se movimenta e depois fica numa mesma posição.
Para o fato da pilha “gastar muita energia”, uma das alunas resolveu colocar uma lâmpada no circuito do eletroímã, ela justificou dizendo, que assim a pilha dura mais, mas percebeu que o efeito do campo magnético não era tão intenso, porque a corrente era menor, mas mesmo assim, corrente suficiente para o eletroímã atrair material ferromagnético como o clips.

Perguntas dos alunos:
Como o prego vira ímã dentro do eletroímã?
Se tirar o prego, o campo continua? Sem o prego, sem o fio?
Como sabemos que o eletroímã está funcionando?
Quando o eletroímã atrai o clips? Por quê?
Porque enrolar o fio no prego?
Porque a ponta do prego atrai clips e o meio não?

Perguntas que foram discutidas com os alunos:
- Como podemos aumentar a intensidade do campo magnético gerado pelo eletroímã?
- Qual a vantagem de utilizar o eletroímã no lugar de um ímã?

Avaliação dos alunos:
1- O que é um eletroímã?
2- Para que serve?
3- Como podemos perceber que está funcionando?
4- Qual a diferença de um eletroímã e o ímã?
5- Como podemos aumentar o campo magnético do eletroímã e por quê?
6- Como podemos conhecer os polos do eletroímã?
7- Quando dizemos que um material está magnetizado?
8- Qual seria a indicação da bússola se o campo magnético da Terra deixasse de existir?
9- O sul geográfico é aproximadamente o sul magnético.
Esta afirmação está correta? Explique

Comentário:
Fiquei satisfeita com a maioria das respostas, mas ainda tenho alunos que pensam o seguinte:
- O ímã atrai metal
- polo Norte é o polo positivo e polo sul é o polo negativo
- polo sul magnético é o sul geográfico
- Nós podemos sentir o campo magnético
- Aumentando a carga de energia da pilha aumenta o campo magnético
- O eletroímã apresenta força magnética quando está ligado.